天然气冷热电联供系统性能分析及系统优化

发布时间：2017-07-19 00:05

  本文关键词：天然气冷热电联供系统性能分析及系统优化

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【摘要】：天然气分布式冷热电联供系统(CCHP)是一种建立在能量梯级利用概念之上的新型能源系统。具有节能高效、可靠性高、环保、削峰填谷等优点,被世界广泛认为是解决能源、经济及环境问题最好的选择之一。目前,以燃气轮机、内燃机、燃料电池等为原动机的冷热电联供系统在美国、英国、日本等国广泛应用。我国近年来也愈发重视分布式冷热电联供系统的发展。联供系统设备众多,影响因素复杂,需要对系统进行合理配置和优化才能发挥其优势。以往的研究与分析多为对并网运行模式下系统配置或运行策略的分析研究,尚未见到对上网运行模式下的联供系统的较为系统的研究。本文首先介绍了冷热电联供系统的基本概念,包括系统分类、组成形式以及性能评价指标等。然后分析比较常用的负荷预测方法,以华北地区10000m2办公建筑为本文的研究对象,并对其进行负荷模拟,得到全年逐时负荷曲线和各季节典型日负荷曲线,并分析了建筑的负荷特点、电热比、电冷比等。针对此办公建筑,构建燃气内燃机驱动的冷热电联供系统供能方案。依据设计标准,分别在以热定电和以电定热两种运行模式下进行设备选型,并对其进行运行分析、能效分析和经济性分析。对于本文中的办公建筑,根据以电定热原则选择设备并运行,具有更好的经济和节能效益。以最小年度化费用为优化目标,建立混合整数非线性规划模型,对此天然气分布式冷热电联供系统进行设备配置和运行策略的集成优化,并对优化计算结果进行了分析。将优化后的联供系统与传统供能系统进行了比较。联供系统的一次能源利用率为69%,一次能源节约率在20%以上。在现行的能源价格下联供系统的年度化费用为97万,仅为传统供能方式的80%左右,投资回收期为9.5年。分析了天然气价和电价对联供系统经济性的影响:当天然气价低于3.4元/m3时,或电价高于0.6元/k Wh时,天然气冷热电联供系统具有较高的经济性优势;当天然气价高于3.6元/m3或电价低于0.5元/k Wh时,不适合采用冷热电联供系统。最后,对冷热电联供系统发电上网的可行性进行了研究。基于上述优化模型,得到发电上网条件下的最优设备配置和运行策略。计算投资回收期,年度化费用和年总散热量随电价比的变化,综合考察了联供系统发电上网的可行性。
【关键词】：冷热电联供 性能分析 经济性 集成优化 上网运行
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM611.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 天然气冷热电联供系统概念10-15
• 1.2.1 冷热电联供系统分类及组成10-13
• 1.2.2 冷热电联供系统评价指标13-15
• 1.3 冷热电联供系统发展概况及研究热点15-17
• 1.3.1 冷热电联供系统设备选型研究15-16
• 1.3.2 冷热电联供系统性能分析及评价研究16
• 1.3.3 冷热电联供系统优化研究16-17
• 1.3.4 研究中存在的问题与不足17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 建筑负荷模拟19-27
• 2.1 建筑负荷预测方法19-22
• 2.1.1 建筑能耗负荷指标法19-21
• 2.1.2 逐时负荷系数预测法21
• 2.1.3 计算机辅助计算软件预测法21-22
• 2.2 办公建筑冷热电负荷模拟22-24
• 2.2.1 建筑概况22
• 2.2.2 气象条件22-23
• 2.2.3 其它参数23-24
• 2.3 负荷模拟结果及分析24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 冷热电联供系统的构成及性能分析27-37
• 3.1 系统构成27-28
• 3.2 三联供系统设备选型28-31
• 3.2.1 发电设备的选择原则28-30
• 3.2.2 以热定电下的设备选择30
• 3.2.3 以电定热下的设备选择30-31
• 3.2.4 传统供能方式设备选择31
• 3.3 三联供系统性能分析31-35
• 3.3.1 运行分析33-34
• 3.3.2 能效分析34-35
• 3.3.3 经济性分析35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 联供系统集成优化37-53
• 4.1 燃气内燃机冷热电联供系统结构37-38
• 4.2 集成优化模型38-42
• 4.2.1 集成优化变量38-39
• 4.2.2 联供系统集成优化数学模型39-42
• 4.2.3 求解方法42
• 4.3 模型应用及优化结果42-48
• 4.3.1 负荷特征42
• 4.3.2 优化参数42-43
• 4.3.3 优化结果43-48
• 4.4 集成优化评价与分析48-52
• 4.4.1 设备配置容量及初投资48
• 4.4.2 节能性分析及比较48-49
• 4.4.3 经济性分析及比较49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 联供系统发电上网可行性研究53-62
• 5.1 上网运行优化模型53-54
• 5.1.1 目标函数53-54
• 5.1.2 约束条件54
• 5.2 优化结果54-59
• 5.3 发电上网可行性分析59-60
• 5.4 本章小结60-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 下一阶段工作的展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果68-69
• 致谢69

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本文编号：560336